Розробка технології й модернізації серійного встаткування для лиття під тиском з вакуумом секцій радіаторів з алюмінієвих сплавів

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ

РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ТА МОДЕРНІЗАЦІЯ СЕРІЙНОГО ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ЛИТТЯ ПІД ТИСКОМ З ВАКУУМОМ СЕКЦІЙ РАДІАТОРІВ З АЛЮМІНІЄВИХ СПЛАВІВ

Спеціальність 05.16.04

“Ливарне виробництво”

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

МАЦІЙЧУК ВАЛЕРІЙ ВАСИЛЬОВИЧ

УДК 621.74.043

Дніпропетровськ - 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Національному політехнічному університеті (ОНПУ) Міністерства освіти і науки України, м. Одеса.

Науковий керівник:

доктор технічних наук, професор Іванова Ліна Олександрівна, Національний політехнічний університет, м. Одеса, професор кафедри машин та технологій ливарного виробництва

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Пономаренко Ольга Іванівна, Національний технічний університет "ХПІ", м. Харків, професор кафедри ливарного виробництва

кандидат технічних наук, доцент Мітяєв Олександр Анатолійович, Запорізький національний технічний університет, доцент кафедри технології металів

Провідна установа:

Національний технічний університет України НТУУ “КПІ”, кафедра ливарного виробництва чорних і кольорових металів, Міністерства освіти і науки України, м. Київ

Захист відбудеться “20” березня 2007 р. о 1230 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.084.02 в Національній металургійній академії України за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, пр. Гагаріна, 4.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національної металургійної академії України за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, пр. Гагаріна, 4.

Автореферат розісланий “14” лютого 2007 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Должанський А.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В Україні, як і в інших країнах СНД, опалювальні радіатори здебільшого виготовляють з сірого чавуну методом лиття в кокіль із піщаними стрижнями. Чавунні радіатори мають у 4-7 разів більшу масу та на 17-30% меншу тепловіддачу з робочої поверхні у приміщення, що отоплюється, при значно більшому об'ємі литої секції, ніж із алюмінієвого сплаву. На відміну від більшості промислово розвинених країн, вітчизняна технологія виробництва тонкостінних секцій з алюмінієвих сплавів в Україні не розроблена, відсутнє серійне виробництво обладнання литва під тиском. Вказана ситуація призводить до необхідності імпорту алюмінієвих радіаторів або організації їх виробництва в Україні.

Відомо, що одним із сучасних методів виготовлення виробів із алюмінієвих сплавів з товщиною стінки до 0,02 м, з мінімальним об'ємом наступної механічної обробки є литво під тиском на машинах із холодною камерою пресування. Діюча технологія та наявне застаріле обладнання не в змозі забезпечити відповідну якість литих виробів вказаної номенклатури. Одним з сучасних напрямків підвищення механічної міцності таких виробів є виготовлення біметалевих (алюміній-сталь) секцій радіаторів. Однак в літературі практично відсутні дані досліджень процесів кристалізації та структуроутворення біметалевих виливків при литті під тиском, взаємозв'язку термочасових параметрів лиття під тиском та механічних властивостей виливків моно- та біметалевих секцій радіаторів, що вкрай важливо для розробки відповідних технологічних процесів.

У зв'язку з цим тема даної роботи, яка присвячена науковому обґрунтуванню та розробці технології виробництва якісних литих секцій із алюмінієвих та з алюмінієвих із сталевими вставками сплавів з використанням модернізованих машин литва під тиском з вакуумом, є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Виконання дисертаційної роботи пов'язане з тематичними планами наукових досліджень Одеського Національного політехнічного університету (ОНПУ). Дослідження виконані відповідно до Державних дослідницьких науково-технічних програм: №510-28 “Підвищення якості і економічності ливарних процесів” (ДР №0195U020017) та №322-28 “Синтез гетерогенних систем на металевій й неметалевій основах” (ДР №0186U131627). Автор був виконавцем вказаних робіт.

Мета і завдання дослідження. Метою досліджень є отримання науково обгрунтованих результатів, що забезпечують встановлення параметрів технологічного процесу виготовлення моно- та біметалевих секцій опалювальних радіаторів із алюмінієвих сплавів АК12М2 та АК12 методом лиття під тиском з вакуумуванням прес-форми, модернізацію серійних машин для можливості реалізації вказаного процесу.

Для досягнення поставленої мети були сформульовані такі задачі.

1. Встановити ступінь фізичного впливу параметрів режиму пресування на кристалізацію тонкостінних литих біметалевих радіаторів.

2. Визначити можливість підвищення механічних властивостей виливків моно- та біметалевих секцій радіаторів шляхом регулювання термочасових параметрів лиття під тиском.

3. Провести експериментальні дослідження, спрямовані на визначення раціональних умов структуроутворення біметалевих якісних виливків при литті під тиском.

4. Використати одержані дані для розробки сучасних технологій виготовлення виливків моно- та біметалевих секцій радіаторів з використанням наявного обладнання.

Об'єкт дослідження. Технологія одержання секцій радіаторів із алюмінієвих сплавів литтям під тиском з вакуумуванням на машинах із холодною камерою пресування.

Предмет дослідження. Закономірності кристалізації металу виливків при литті під тиском.

Методи дослідження. Для оцінки мехнічних властивостей виливків використовували стандартні методи аналізу механічних властивостей алюмінієвих сплавів; оцінку вмісту водню у рідкому сплаві проводили по методиці Гудченко А. П.; хімічного склад сплавів визначали методом спектрального аналізу на приладі “Spektrolab” (Германія); газову шпаристість та формозаповнюваність визначали на комплексній технологічній пробі; герметичність литих секцій радіатора визначали на спеціальних стендах під тиском повітря та води; дослідження динамічних та силових режимів (зміни шляху поршня, характеристик запресовки фаз пресування, періоду набору тиску та ін.) при роботі базової серійної машини лиття під тиском з фіксацією характеристик на паперових та цифрових носіях, проводили за допомогою комплекту пристроїв, що включають датчики інформації, осцилограф, регістратор тиску та ін.

Наукова новизна результатів, отриманих особисто здобувачем.

1. Вперше встановлено фізичний вплив параметрів 2-х ступеневого режиму пресування з двома фазами підпресування на кристалізацію тонкостінних литих біметалевих радіаторів.

Одержані залежності відрізняються тим, що вони отримані для прес-форм складної конфігурації з тонкою порожниною при урахуванні силових та швидкісних параметрів процесу пресування. Це дозволило оптимізувати силові умови процесу пресування для отримання якісних тонкостінних виливків складної форми.

2. Вперше одержаний взаємозв'язок термочасових параметрів лиття під тиском та механічних властивостей виливків для моно- та біметалевих секцій радіаторів.

Раніше такі дослідження при виготовленні моно- та біметалевих тонкостінних секцій радіаторів із сплаву АК12М2 та сталі Ст10 не були відомі. Отримані закономірності дозволили керувати процесом структуроутворення біметалевого виливка та використовувати у складі шихти до 45% брухту виробництва, не знижуючи рівень стабільності механічних та експлуатаційних властивостей виливків.

3. Отримали подальший розвиток дослідження процесів кристалізації та структуроутворення біметалевих виливків при литті під тиском.

Одержані дані відрізняються умовами твердіння розплаву за умов наявності тонкостінної складної форми біметалевого виливка. Це дозволило вперше розробити технологію лиття біметалевих “алюмінієвий ливарний сплав АК12М2 - сталь Ст10” секцій радіаторів з вакуумуванням прес-форми на модернізованих вітчизняних машинах лиття під тиском.

Практичне значення одержаних результатів. Результати проведених досліджень дозволили встановити технологічні параметри для виготовлення литтям під тиском у вакуумованих прес-формах біметалевих секцій із алюмінієвого сплаву АК12, армованих сталевою трубкою. Розроблена технологія лиття біметалевих виливків радіаторів впроваджена на ЗП “Інтерметал” (м. Одеса) (акт від 09.02.2006 р.).

Особистий внесок здобувача. Всі наукові результати, отримані в дисертації, базуються на дослідженях, проведених автором. У процесі виконання роботи здобувач провів експериментальні та теоретичні дослідження, а також аналіз і узагальнення результатів. Публікації відображають дослідження, виконані автором.

Особистий внесок в сумісних публікаціях (згідно з переліком опублікованих робіт): [1-3] - на підставі аналізу літературних та експериментальних даних встановлені кількісні залежності впливу силових та швидкісних параметрів 2-х ступеневого режиму пресування з двома фазами підпресування на кристалізацію тонкостінних виливків; [4-7] - розроблено нову конструкцію литих біметалевих радіаторів; [8-9] - дослідження процесів кристалізації та структуроутворення біметалевих виливків при литті під тиском.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати дисертаційної роботи докладалися та обговорювалися на VIII Міжнародній конференції “Пути повышения качества и экономичности литейных процессов” (м. Одеса, 2004), Міжнародній науково-практичній конференції “Наука та інновації - 2005” (м. Дніпропетровськ, 2005), VIII Міжнародній науково-практичній конференції “Динаміка наукових досліджень 2005” (м. Дніпропетровськ, 2005), Міжнародному науково-технічному конгресі “Экономический путь к высококачественному литью” (м. Київ, 2005).

Публікації. Матеріали дисертації опубліковані в 1 монографії, 2 статтях у спеціалізованих виданнях, додатково освітлені у 6 тезах повідомлень в збірниках, опублікованих за матеріалами конференції.

Структура й обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, п'яти глав, висновків, двох додатків, викладена на 167 сторінках машинописного тексту, включаючи 67 рисунків, 22 таблиці і список літератури з 80 найменувань.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі до дисертації обґрунтована актуальність роботи, сформульовані мета і задачі досліджень, означена наукова новизна одержаних результатів, їх практичне значення, положення та дані досліджень, які виносяться на захист.

Перший розділ - оглядовий, у ньому представлено сучасний стан проблеми та обґрунтований вибір напрямку досліджень. Представлені технологічні можливості та характеристика машини лиття під тиском для виготовлення тонкостінних (0,0015-0,003 м), протяжних та об'ємних виробів, включаючи секції радіаторів опалення з алюмінієвих сплавів АК12 та АК12М2.

Показано, що розробка вітчизняної технології виготовлення секцій радіаторів стримується відсутністю в Україні серійного виробництва машин лиття під тиском з програмуванням та автоматизованою системою керування в вузлів пресування.

Вартість іноземних машин у комплекті з ноу-хау на технологію лиття виробів вищої категорії складності складає декілька мільйонів доларів США.

Виходячи із аналізу теоретичних та експериментальних робіт по литтю під тиском тонкостінних виробів із алюмінієвих сплавів, а також із номенклатури радіаторів із алюмінієвих сплавів, що імпортуються в Україну з країн Західної Європи, при розробці модернізованого обладнання прийнята базова модель серійної машини лиття під тиском з холодною камерою пресування виробництва ВО “Литмаш” (м. Тирасполь, Молдова). Прототипами при розробці конструкцій моно- та біметалевих радіаторів опалення з алюмінієвих сплавів були прийняті моно- та біметалеві радіатори фірми “GLOBAL” (Італія), секції до яких відливаються під тиском із сплаву VNI 5076 (вітчизняний аналог АК12М2) та UNI 4514 (вітчизняний аналог АК12).

В другому розділі обґрунтовується вибір методик та методів досліджень по оцінці якості алюмінієвих сплавів АК12М2, АК12 та литих секцій, а також по вивченню характеристик вузла пресування серійної машини лиття під тиском при литті деталей з алюмінієвого сплаву в умовах Державного підприємства “Інженерний виробнично-науковий центр лиття під тиском” (ДП ІВНЦ ЛПТ).

Хімічний аналіз сплавів проводили спектральним методом на установці “Spektrolab” (Германія) як по основним компонентам сплавів, так і по видам супутніх домішок.

Кількість водню в рідкому розплаві оцінювали методом фіксації виділення першого пузиря газу із розплаву, взятого із проби у період її вакуумування на приладі А.П. Гудченко.

Формозаповнюємість сплавів та їх газову пористість оцінювали на комплексній технологічній пробі, верхня частина якої мала вигляд циліндра, а нижня моделювала клиноподібну форму ребра литої секції радіатора товщиною 0,0015-0,003 м та висотою 0,035 м.

Пористість сплавів контролювали на зразках, що вирізані із проб та литих секцій по балам пористості (методика ВИАМ).

Температуру сплавів у тиглі печей при плавці підтримували із використанням засобу настройки та автоматичного підтримування заданої температури із точністю до 5 К.

Механічні властивості контролювали на зразках на розрив при кімнатній температурі по показникам опору на розрив в (у МПа) та відносному подовжуванні (%) у відношенні до ГОСТ 1497-84. Твердість сплавів (НВ) вимірювали по ГОСТ 9012-59.

Литі секції радіаторів досліджували на відповідність їх розмірів заданим по кресленню на відливку, якості литої поверхні та геометричності під тиском. Іспити секцій під тиском проводили на спеціальних стендах у воді під тиском повітря від 2,5 до 25105Па.

Дослідження робочих характеристик вузла пресування серійної машини лиття під тиском з холодною камерою пресування проводили при литті промислової партії деталей із алюмінієвого сплаву АК12 із використанням датчиків технологічної інформації різної конструкції, технодатчиків, підсилювачів сигналів від датчиків та осцилографа.

На носіях інформації записувалися наступні параметри роботи вузла пресування:

- хід пресуючого поршня;

- тиск у насосній магістралі;

- тиск масла в агрегаті упорскування;

- тиск азоту у балонах;

- тиск масла у штоковій порожнині;

- тиск масла у поршневій порожнині;

- переміщення золотника мультиплікатора;

- переміщення поршня мультиплікатора;

- перекриття прес-форми поршнем заливального вікна камери пресування.

Дослідження технологічних параметрів процесу лиття під тиском секцій радіаторів виконувалися на дослідній машині лиття під тиском мод. CLH 630 із використанням пристрою мод. ДС 1000 (Германія) по настроюванню та автоматичному підтримуванню параметрів пресування у період лиття у заданому режимі. Досліди проводились на одномісній та двомісній прес-формах, які у період пресування алюмінієвого сплаву підключали через вакуумний клапан з колектором до локальної вакуумної системи із ресивером ємністю 0,5 м3. Конструкція прес-форми виключала підсос повітря при роботі вакуумної системи та пресуванні алюмінієвого сплаву (ноу-хау).

Третій розділ присвячений дослідженню силових та швидкісних характеристик вузла пресування серійної машини лиття під тиском мод. 71109 при виготовленні деталей типу “Кришка” із алюмінієвого сплаву АК12.

Інтервали параметрів лиття наступні: металоємність прес-форми з літніковою системою - 0,65 кг; тиск пресування - до 225105 Па; тиск підпресування - до 315105 Па; швидкість пресування - 2,1-3,9 м/с; температура прес-форми - 413-453 К; температура метала при заливці - 813 К, температура витягу виливка - 723 К.

В період роботи машини при литті під тиском вузол пресування повинен стабільно забезпечувати:

- перекриття заливального вікна вкамері пресування з постійною швидкістю через пресуючий поршень, що рухається всередині камери пресування із заданою швидкістю;

- прискорення швидкості пресуючого поршня до розрахункової, на якій проводиться запресування металу під певним тиском пресування у прес-форму;

- включення мультиплікатора, що являє собою пристрій, який забезпечує тиск підпресування у виливку, що формується;

- виштовхування прес-залишку одночасно з її відкриванням.

У ході експериментів досліджували характеристики руху пресуючого поршня, режими тисків, швидкість дії гідроапаратури, стабільність заданих технологічних режимів. Технологічні режими змінювали через налагодження вузла пресування до початку роботи машини, в режимі дроселя, який регулює, на певну кількість обертів в інтервалі від мінімальної швидкості пресування (вприскування) при трьох обертах дроселя, до максимальної швидкості при дванадцяти обертах дроселя. На рис. 1 представлено вплив положення дроселя, що регулює, при різній кількості обертів (N) в період налагодження на зміну максимальної швидкості пресування, шляху руху та часу розгону прес-поршню.

Із результатів дослідження рис. 1 показує, що з використанням зазначеного настроювання можна регулювати: швидкість пресування від 1,7 до 3,0 м/с; шлях розгону прес-поршня від 0,235 до 0,120 м, час розгону прес-поршня від 0,155 до 0,09 с.

На рис. 2 представлені осцилограми тисків (Р) пресування та підпресування в залежності від настроювання дроселя.

Осцилограми тисків пресування (криві 1 та 1), що одержані як при мінімальному, так і при максимальному числі обертів дроселя показують, що значення тиску пресування має однаковий максимум, рівний 325105 Па в кінці пресування. Це є недоліком вузла пресування, так як у цей період має місце гідравлічний удар, що знижує надійність роботи гідравлічної системи та стійкість прес-форми, а також негативно впливає на якість відливки через появу облоя у вигляді залива по контуру відливки. При максимальній кількості обертів при налагодженні дроселя період часу до набору максимуму тиску скорочується з 5 до 3,5 с або на 30% (криві 1 та 1). Період набору максимуму тиску підпресування, що дорівнює 225105 Па при 3 та 12 обертах дроселя, також скорочується на 43% (криві 2 та 2). Швидкість прес-поршня у період циклу пресування мінімальна у період до перекриття заливального вікна камери пресування та повинна бути менша 0,18 м/с для виключення викиду розплаву з камери. Потім швидкість зростає до періоду повного заповнення робочої порожнини прес-форми розплавом, до максимуму, наприклад 1,7 або 39 м/с в залежності від настроювання дроселя (рис. 1, крива 1), а потім падає до нульового значення у період досягнення максимуму тисків (рис. 2, криві 1 та 1). Одночасно визначали час: повного набору тиску; підпресування; холостого ходу мультиплікатора. Встановлено причини нестабільності та відхилень тиску і швидкості при роботі вузла пресування, необхідність використання системи автоматизованого керування у циклі пресування з метою можливості модернізації серійної машини лиття під тиском для виготовлення на ній тонкостінних секцій радіаторів із алюмінієвих сплавів.

У четвертому розділі розглядається вплив технологічних параметрів лиття під тиском секцій радіаторів із алюмінієвих сплавів АК12М2, АК12 на якість виливків та конструкції секцій на умови тепловіддачі радіатора.

Особливістю виготовлення тонкостінних протяжних виробів литтям під тиском є низький вихід придатних виливків через велику масу літнікової системи у порівнянні з виробом. При литті секцій радіаторів вихід придатних виливків складає 55% та виникає необхідність використання при виплавці алюмінієвих сплавів із шихти, що містить 45% повернення власного виробництва. Щоб зменшити негативний вплив повернення на ливарні та механічні властивості сплаву у наслідок наявності підвищеної кількості неметалевих включень (газів, окислів та ін.), проводили рафінування алюмінієвих сплавів АК12М2 та АК12. Досліджували можливість використання як традиційного хімічного матеріалу для рафінування (гексахлоретан), так і нові імпортні екологічно чисті (MIKROSAL ALT 100; EKORAF-1; DEGASAL T200) в тому числі і в комплексі з вакуумуванням розплаву. В табл. 1 наведені дані впливу технології рафінування алюмінієвого сплаву, виготовленого із шихти з 55% первинного сплаву АК12 (ГОСТ 1583-93) та 45% повертання власного виробництва на вміст газів та механічні властивості сплаву.

Таблиця 1

Вплив методу рафінування на вміст газів та механічні властивості алюмінієвого сплаву АК12, виплавленого із шихти з 45% повертання власного виробництва

Номер плавки	Рафінуючий засіб	Хімічний склад сплаву, %	Вміст газів, СМ3/100 г	Механічні властивості
				в, МПа	д, %	НВ, МПа
1	Гексахлоретан	12,1 Si; 0,8Fe ? домішок 2,6	0,4ч0,6	160	0,9-1,1	600-610
2	DEGASAL T200	12,2 Si; 0,7Fe ? домішок 2,7	0,19-0,41	162-164	1,1-1,2	610-620
3	MIKROSAL ALT 100	12,0 Si; 0,9Fe ? домішок 2,7	0,18-0,43	175-185	1,2-1,3	620-630
4	EKORAF-1	12,3 Si; 0,7Fe ? домішок 2,6	0,17-0,42	165-174	1,1-1,2	615-625
5	Вакуум	12,4 Si; 1,0Fe	0,16-0,32	165-190	1,0-1,2	610-620
6	Комбіноване: DEGASAL Т200+вакуум	12,1 Si; 0,8Fe ? домішок 2,2	0,15-0,3	170-180	1,2-1,3	620-630

Більш високі механічні властивості матеріалу зразків сплаву АК12 (плавки №3) обумовлені наявністю у засобі, що рафінує, miKROSAL ALT 100 ультракристалів дибориду титану, які прискорюють кристалізацію сплаву. Комбінований метод рафінування більш ефективно дегазує розплав за рахунок впливу на нього спочатку газовими пузирями з хімічного реагенту, що піднімає із нижньої частини тигля неметалеві комплекси. Вакуумування розплаву підсилює дію гідродинамічної сили спливу неметалевих включень з поверхневих шарів розплаву на глибіні 0,1-0,4 м.

В залежності від конструкції, секція радіатора може бути виконана монометалевою з сплаву АК12М2 або біметалевою із сплаву АК12, внутрішня порожнина якої виконана у вигляді сталевої трубки. Ці секції мають різну форму та розміри зовнішніх ребер, які поряд з матеріалом секцій впливають на величину теплового потоку, що передається від теплоносія, що циркулює всередині секції, у приміщення, яке опалюється. Аналіз умов теплопередачі через стінку моно- та біметалевої секції показав, що найбільш значимою характеристикою секції, яка впливає на умови теплопередачі, є площа оребрення та форма ребер. Тому розроблена нова конструкція секції біметалевого радіатору з більш високим показником тепловіддачі.

Для можливості лиття секцій радіаторів з алюмінієвого сплаву АК21М2 на машині мод. CLH 630 із модернізованим вузлом пресування та можливістю автоматизованого керування процесом у заданому режимі (тиск пресування та підпресування, швидкість пресування та ін.) проведений розрахунок наступних технологічних параметрів процесу: сумарного перетину живильників (f); швидкість пресування (Vпр); тиск першого підпресування (P1п); тиск другого підпресування (P2п); зусилля витягу металевого стрижня.

Дослідження проводились при температурі алюмінієвого сплаву (Тс) 950-1960 К, температурі прес-форми (Тф) 443-463 К, а також зміною швидкості пресування (Vпа), за допомогою демпфірування (Vg) та включенням системи вакуумування (Рвак) прес-форми.

На прес-форму перед заливанням наносили імпортне екологічне мастило фірми “Гейгер&К”, а для змащування прес-пари використовували мастило “Автоматик 899”. Параметри пресування налагоджували за допомогою дросельного пристрою та регулювали у автоматизованому режимі пресування. Реєстрація параметрів проводилась універсальною апаратурою, яка була підключена до датчику шляху прес-поршня та пристроєм ДС 1000 для аудиту процесу пресування. Якість литих секцій оцінювалася по зовнішньому вигляду поверхні виливків, по геометрії ребер, герметичності при випробуваннях.

Встановлено, що характерними дефектами виливків є: недоливи ребер по висоті в разі відсутності вакуумування прес-форми; появлення облою та заливів на вершинах ребер при відсутності демпфірування початкової швидкості пресування, що прийнята рівній 4,0 м/с, а також надлишок глибини вакуумування (Рв) прес-форми, негерметичність виливків при випробуваннях. У табл. 2 наведені результати розбраковки семи дослідних партій відливок при різних параметрах лиття секцій радіатора із сплаву АК12М2. Кількість відливок у кожний партії - 10 шт.

Результати дослідів показали, що режим пресування повинен бути ступінчатим з обов'язковим демпфіруванням швидкості пресування (Vпр), рівній від 4,0 м/с до 1,5 м/с в кінці ходу прес-поршню на відстані 0,06 м від торця камери пресування.

Зважування виливків з живильниками показало, що вони мають меншу (на 4-5%) масу, ніж маса середньої виливки з живильником, яка дорівнює 3,6 кг. Це явище було обумовлено використанням заливки вручну для дозування сплаву при виготовленні дослідних партій литих секцій. При масі сплаву, що заливається, 3,60,1 кг, товщині прес-залишку 0,02-0,0025 м та часу кристалізації сплаву 12-14 с виливки не мали браку по негерметичності. Встановлено, що вакуумування прес-форми знижує пік нерівностей на контрольованій поверхні виливків із значенням Rz = 6,31ч10 мк до рівня Rz = 1,613,2 мк. Це не тільки покращує зовнішній вигляд секцій, але й створює умови для нанесення на них більш тонкого декоративного покриття при фарбуванні радіатора.

Таблиця 2

Якість секцій радіаторів із алюмінієвого сплаву АК12М2 при різних параметрах лиття

Номер партії	Задані параметри лиття	Вид та кількість дефектів (шт.) у відливках
		Недоливи ребер	Спаї	Заливи на ребрах	Облой	Негерметичність
1	Vпр =3,4м/с; tc = 953 К; tф = 443 К	10	2	-	-	3
2	Vпр = 3,4м/с; tc = 963 К; tф = 463 К	10	-	-	-	2
3	Vпр = 4,0м/с; tc = 963 К; tф = 463 К	10	-	-	-	1
4	Vпр = 4,0м/с; tc = 963 К; tф = 463 К; Рвак = 5103Па	-	-	10	10	1
5	Vпр = 4,0м/с; Vg = 3,0м/с; tс = 913 К; tф = 463 К; Рвак = 5104Па	-	-	10	10	1
6	Vпр = 4,0м/с; Vg = 2,5м/с; tc = 963 К; tф = 463 К; Рвак = 2105Па	-	-	8	8	1
7	Vпр = 4,0м/с; Vg = 1,5м/с; tc= 963 К; tф = 463 К; Рвак = 5106Па	-	-	-	-	1

На рис. 3 представлений швидкісний режим пресування секцій у взаємозв'язку з рухом прес поршня в камері пресування довгої 0,52 м по технологічних фазах: перекриття заливального вікна, збору металу в камері пресування, заповнення прес-форм.

По результатах досліджень була відлита дослідно-промислова партія секцій із сплаву АК12М2 у кількості 100 шт. З цих секцій зібрані семисекціонні радіатори, які пройшли комплексні випробування у Державному науково-дослідному інституті санітарної техніки та обладнання будинків та споруд. Кількість браку при відливанні цієї партії склала 10% через недолив ребер або негерметичність. Причина браку - відсутність пристрою для термостатування прес-форми при експериментальних роботах. Для забезпечення стабільної якості литих секцій температура прес-форми повинна підтримуватися в інтервалі 5 К, розплаву у роздавальній печі 3 К, точність повторення графіків шляху та швидкості прес-поршню.

Для виготовлення дослідної партії секцій біметалевих радіаторів із алюмінієвого сплаву АК12 використано технологічний режим, відпрацьований для лиття монометалічних секцій радіаторів із сплаву АК12М2. Ця можливість обумовлена практично однаковими теплофізичними характеристиками металевого стрижню, який формує наскрізний канал у монометалічній секції та сталевої трубки, що виконує у біметалевій секції вказаний канал і залишається у ньому. Відмінність у параметрах лиття полягала у відсутності операції “Часу підриву стрижню” при литті біметалевих секцій радіатора та меншій масі залитого сплаву.

Рівень браку в дослідній партії при литті секцій біметалевих радіаторів із алюмінієвого сплаву АК12 з використанням у складі шихти з 45% повернення й по технологічним режимам, які наведені у табл. 3, склав 5%, при цьому брак по герметичності виливків був відсутнім повністю.

Таблиця 3

Характеристика руху прес-поршню та вакуумування прес-форми лиття під тиском секцій радіаторів із алюмінієвого сплаву АК12М2

Обозначення параметру	S, мм	Sсм, мм	S3, мм	Sг, мм	VС, м/с	Vсм, м/с	Vзп, м/с	Vд, м/с
Кількісний показник параметру	80	80	240	60	0,5	1,5	4	1,5

алюмінієвий сплав пресування деталь

Позначення в табл. 3: S - шлях прес-поршню для перекриття заливального вікна; Sсм - шлях прес-поршню при заливці металу; Sз - шлях прес-поршню при запресовуванні; Sг - шлях прес-поршню при гальмуванні; Vс - швидкість перекриття заливального вікна; Vсм - швидкість збирання металу; Vзп - швидкість запресовування; Vд - швидкість демпфірування.

Випробування радіаторів, зібраних із біметалевих секцій дослідно-промислової партії виливків, які проведені у Державному науково-дослідному інституті санітарної техніки та обладнання будинків та споруд, показали їхню високу якість та дозволи вперше в Україні у 2004 р. розробити технічні умови на “Радіатори опалювальні біметалеві” (ТУ УВ.2.5-28.2-00284569-241-2004). За результатами досліджень розроблені технічні завдання на виготовлення модернізованих машин лиття під тиском на базі серійних машин, що були у використанні, мод. 71108А, CL00-1000, CLH-630 та техніко-економічне обґрунтування на організацію нового виробництва біметалевих радіаторів на підприємстві ВП “Інтерметал” (м. Одеса).

П'ятий розділ присвячено опису організації виробництва біметалевих радіаторів опалення, яке містить цех лиття під тиском та механоскладальний підрозділ по виготовленню радіаторів із литих секцій.

Ливарний цех включає наступне основне обладнання: раніш застосовані модернізовані машини лиття під тиском мод. ГМ 711 Б08А, CL00-1000 и CLH- 630; вакуумні локальні установки коло кожної з машин лиття під тиском та централізовану систему керування з вакуумним насосом ВВ Н1-25 та вакуумним ресивером; блок з чотирьох газових печей для плавки алюмінієвого сплаву АК12 із використанням 45% повернення у шихті; електричні роздавальні печі та заливальне обладнання МДН 6А - 0,25; установки для термостатування прес-форм.

Плавка алюмінієвого сплаву проводиться з шихти, що має первинний сплав АК12 - ДСТУ 2839-94 (ГОСТ1583-93) - 55%, та повернення власного виробництва - 45%. Рафінування сплаву проводиться екологічно чистим препаратом DEGASAL 200. Модернізовані машини лиття під тиском забезпечують:

- автоматизоване програмне управління циклом;

- використання вакуумування прес-форм у період пресування;

- контроль функціонування технічних засобів та параметрів технологічного процесу;

- візуальне відображення технологічної інформації.

При роботі машини прес-форма через її рухому частину з відсіченим блоком та вакуумним каналом підключається до локальної вакуумної системи, яка через трубопровід пов'язана з централізованим вакуумним насосом. Конструкція прес-форми виключає підсос повітря у період роботи вакуумної системи, що автоматично підтримує рівень вакууму на рівні 0,60,1 кг/см2.

Секції біметалевих радіаторів після відливання й обрубання живильників проходять механічну обробку (нарізання різьби, зачистка місць обрубки живильників) та випробовуються під тиском до 12 атм. на герметичність. Потім з них збирають 3-10 секційні радіатори типу “ТЕМАКС-500” та “ТЕМАКС-300”, які є об'єктами продажу на внутрішньому ринку України та в країнах СНД.

Радіатори та процес управління якістю виробництва литих секцій із алюмінієвих сплавів сертифіковані Державним підприємством ВЦ НТЦ “Станкосерт” (м. Одеса).

Висновки

У дисертації запропоновано нове рішення актуальної науково-технічної задачі, яка складається з дослідження фізичних впливів параметрів процесу пресування на кристалізацію моно- та біметалевих тонкостінних виливків складної форми, розробки науково обґрунтованої технології виробництва секцій радіаторів опалення із алюмінієвих сплавів литтям під тиском із вакуумуванням, та реалізації її на серійних машинах лиття під тиском шляхом їх модернізації.

1. Отримані дані досліджень процесів кристалізації та структуроутворення біметалевих виливків при литті під тиском, що відрізняються умовами твердіння розплаву незначної товщини і складної форми у прес-формі, дозволили вперше розробити технологію лиття секцій радіаторів з біметалевого сплаву “АК12М2 - сталь Ст10” при використанні вакуумування прес-форм на модернізованих вітчізняних машинах.

2. Визначено, що найбільш значущими технологічними параметрами для одержання якісних виливків є регулювання тиску підпресування в інтервалі 60-170 МПа та швидкості пресування з обов'язковим демпфіруванням початкової швидкості з 4 до 1,5 м/с при рівні вакууму у прес-формі в інтервалі 0,5-0,7х105 Па, стабілізація температури прес-форми на рівні 463 К, а металу, що заливається - 963 К, з точністю до 5 К.

3. Встановлена ефективність дії вакуумування розплаву у роздавальній печі та в процесі заповнення прес-форми (період вакуумування складає 600-630 с), на якість тонкостінного виливка радіатора. Кількість газу в сплаві АК12 скорочується в порівнянні з гексахлоретаном з 0,6 до 0,16 см3/100 г, механічні властивості: міцність на розрив 165-190 МПа; відносне подовження 1-1,2%, твердість (НВ) 610-620 МПа.

4. Виконаний аналіз умов теплопередачі через стінку виливка секції радіатору та тепловіддачі на її зовнішній оребреній поверхні дозволив розробити нову раціональну конструкцію литої біметалевої секції.

5. Розроблені технологічні параметри лиття під тиском моно- та біметалевих секцій радіаторів з міжцентровою відстанню 0,05 та 0,03 з централізованим вакуумуванням прес-форми для групи машин та можливістю використання у складі шихти до 45 % відходів власного виробництва при виплавці алюмінієвих сплавів АК12М2 та АК12.

6. Проведені дослідження дозволили створити на базі серійних машин автоматизований комплекс лиття під тиском мод. ГМ 711Б08А. Економічний ефект від використання нової технології і модернізованого устаткування при річній програмі випуску 242250 секцій складе 14,77 млн. грн. (акт від 09.02.2006 р.).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНИЙ У РОБОТАХ

1. Иванова Л.А., Мацийчук В.В. Теория и практика литья под давлением алюминиевых сплавов. - Одесса: Полиграф, 2006. - 214 с.

2. Малых С.В., Мацийчук В.В., Радинский А.А. Разработка технологии и модернизация серийного оборудования для ЛПД с вакуумом секции радиаторов //Труды Одесского национального политехнического университета.- Одесса: 2005. - Выпуск 2 (24). - С. 78-82.

3. Мацийчук В.В. Исследование и разработка литой конструкции биметаллического отопительного радиатора // Труды Одесского национального политехнического университета. - Одесса: 2006. - Выпуск 1.- С. 7-9.

Додатково одержані результати відображено у роботах:

4. Иванова Л.А., Мацийчук В.В., Доценко В.П. Новая технология выплавки алюминиевых сплавов АК12 и АК12М2 для литья под давлением // Матеріали міжнародної науково-практичної конференції "Наука та інновація".- Дніпропетровськ: Наука та освіта, 2005. - Т.1. - С. 42 - 44.

5. Мацийчук В.В., Малых С.В. Расчет объема и стоимости организации производства литых секций радиаторов в Украине // Матеріали міжнародної науково-практичної конференції "Наука та інновація". - Дніпропетровськ: Наука та освіта, 2005. - Т.9. - С. 39 - 41.

6. Иванова Л.А., Мацийчук В.В. Возможность повышения плотности тонкостенных деталей из алюминиевых сплавов при литье под давлением // Материалы VIII международной конференции “Пути повышения качества и экономичности литейных процессов”. - Одесса: ОНПУ, 2004. - С. 7 - 10.

7. Малых С.В., Мацийчук В.В., Радинский А.А. Технико-экономические показатели процесса литья под давлением биметаллических радиаторов отопления // Материалы IX международной конференции "Пути повышения качества и экономичности литейных процессов". - Одесса: ОНПУ, 2005. - С. 26 - 28.

8. Мацийчук В.В., Помазенко М.А., Шуминский М.Г. Анализ возможности влияния серы на свойства алюминиевых антифрикционных сплавов // Труды Международного научно-технического конгресса "Экономический путь к высококачественному литью". - Киев: ФТИМС, 2005. - С. 26 - 29.

9. Мацийчук В.В., Логинов А.Л. Влияние легирующих элементов и неметаллических примесей на процесс плавления алюминиевого сплава // Матеріали міжнародної науково-практичної конференції "Динаміка наукових досліджень 2005". - Дніпропетровськ: Наука і освіта, 2005. - Т.51.- С. 13-15.

алюмінієвий сплав пресування деталь

АНОТАЦІЯ

Маційчук В.В. Розробка технології й модернізації серійного встаткування для лиття під тиском з вакуумом секцій радіаторів з алюмінієвих сплавів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.16.04 - Ливарне виробництво. - Національна металургійна академія України, Дніпропетровськ, 2006.

Дисертаційна робота присвячена розробці науково обґрунтованої технології виробництва секцій радіаторів опалення із алюмінієвих сплавів литтям під тиском із вакуумуванням, та реалізації її на серійних машинах лиття під тиском шляхом їх модернізації.

У роботі вперше встановлені кількісні залежності впливу силових та швидкісних параметрів 2-х ступеневого режиму пресування з двома фазами підпресування на кристалізацію тонкостінних литих біметалевих радіаторів. Одержано взаємозв'язок термочасових параметрів лиття під тиском та механічних властивостей моно- та біметалевих секцій радіаторів.

На основі аналізу теплопередачі в моно- і біметалевих секціях радіатора розроблена нова конструкція секції з більш високим показником тепловіддачі, ніж у її аналогів. Досліджені термочасові, швидкісні й силові параметри, а також вакуумування прес-форм при литті під тиском секцій, що впливають на якість радіаторів: геометрію виливка, шорсткість поверхні, герметичність. Розроблені технологічні параметри лиття під тиском моно- та біметалевих секцій радіаторів з міжцентровою відстанню 0,05 та 0,03 з централізованим вакуумуванням прес-форми для групи машин та можливість використання у складі шихти до 45 % відходів власного виробництва при виплавці алюмінієвих сплавів АК12М2 та АК12.

Проведені дослідження дозволили створити на базі серійних машин автоматизований комплекс лиття під тиском мод. ГМ 711Б08А. Цей комплекс разом з модернізованими серійними машинами мод. CLH- 630, CLOO-1000 і новою централізованою системою вакуумування прес-форм для групи машин.

Ключові слова: виробництво виливків, біметалевий радіатор, машина лиття під тиском, алюмінієвий сплав, вакуумування.

Аннотация

Мацийчук В.В. Разработка технологии и модернизации серийного оборудования для литья под давлением с вакуумом секций радиаторов из алюминиевых сплавов. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.16.04 - Литейное производство. - Национальная металлургическая академия Украины, Днепропетровск, 2006.

Диссертационная работа посвящена освоению импортозамещающей номенклатуры изделий из алюминиевых сплавов в виде отопительных радиаторов, изготавливаемых из литых секций путем разработки технологии литья под давлением, модернизации серийного оборудования и использования вакуумирования пресс-формы в цикле прессования для повышения качества секций.

Анализ современного состояния развития технологии и оборудования литья под давлением позволил предложить для разработки отечественной технологии изготовления секций радиаторов использовать имеющиеся машины посредством их модернизации, и для повышения характеристик радиаторов необходима новая конструкция литых секций из сплавов АК12М2 и АК12.

В качестве объекта для исследований принята базовая машина литья под давлением мод. 71109, на которой с использованием современной аппаратуры были исследованы силовые и динамические характеристики узла прессования, а также стабильность заданных и фактических показателей давлений прессования, скоростей пресс-поршня и возможностей их регулировки.

Особенностью литья под давлением тонкостенных изделий из алюминиевых сплавов является масса литниковой системы, составляющая до 45% от металлоемкости формы. Показана возможность использования указанного возврата при плавке алюминиевых сплавов АК12М2 и АК12. В качестве рафинирующих материалов предложен новый экологически чистый флюс “DEGASAL T200”, а также комбинированная технология “DEGASAL T200 + вакуум”. На основе анализа теплопередачи в моно- и биметаллических секциях радиатора разработана новая конструкция секции с более высоким показателем теплоотдачи, чем у ее аналогов.

Исследованы термо-временные, скоростные и силовые параметры, а также вакуумирование пресс-форм при литье под давлением, влияющих на качество секций радиаторов: геометрия отливки, шероховатость поверхности, герметичность. Отработаны режимы литья и сертифицировано качество в опытных в партиях моно- и биметаллических отопительных радиаторах, изготовленных из секций, выполненных из алюминиевых сплавов АК12М2 и АК12. Данные исследований машины мод. 71109 и параметров технологии позволили разработать техническое задание на модернизацию бывших в употреблении серийных машин мод. 71108А, CLOO-1000 и CLH-630 и предложить централизованного вакуумирования, которые в комплексе с разработанной технологией внедрены на ВП “Интерметалл” (г. Одесса) для изготовления новых отопительных биметаллических радиаторов под товарным знаком “ТЕМАКС”.

Ключевые слова: производство отливок, биметаллический радиатор, машина литья под давлением, алюминиевый сплав, машина литья под давлением, алюминиевый сплав, вакуумирование.

SUMMARY

Matsiuchuk V.V. The development of technology and modernization of the serial equipment for the casting under the presser with vacuum of the radiator's sections made of aluminum alloys.- Manuscript.

The dissertation is for gaining of the candidate of the scientific degree on engineering sciences after the profession 05.16.04 - casting production - National metallurgical academy of Ukraine, Dnepropetrovsk, 2006.

The dissertation work is devoted to the development of scientifically proved technology of the radiator's sections heating production made of aluminum alloys by casting under the pressure with vacuuming and its realization on the serial casting machines under the pressure by the modernization.

In the work quantitative dependencies of the influence of the power and speed parameters of pressing with two phases of crystallization of thin-walled cast radiators were first set. The intercommunication of parameters of the casting under the pressure and mechanic parameters of the mono- and be-metallic radiator's sections had been gotten.

On the basis of analysis of radiator in mono- and be-metallic sections of radiator a new construction of the section with a higher index emission was developed, then in its analogies. Explored speed and power parameters and vacuuming of press-forms at casting under the pressure of sections, that influence on the quality of radiators: casting geometry, surface roughness, impermeability. Technological parameters of the casting under the pressure of mono-and be-metallic sections of radiators with distance of 0,05 and 0,03 with cenralizational vacuuming of press-form for the group of machines and the opportunity with using about 45% of its own production waste with casting of aluminium alloys AK12M2 and AK12 were developed.

The researches allowed to create on the basis of serial machines an automated casting complex under the pressure GM711B08A. This complex together with modernized serial machines CLH-630, CLOO-1000 and new centralized vacuuming system of the press-form for the group of machines.

Keywords: casting production, be-metallic radiator, machine of casting under the pressure, aluminium alloy, vacuuming.

Размещено на Allbest.ru